2025
Forscherinnen und Forscher am IKT - Institut für Kunststofftechnik in Stuttgart arbeiten im InnovationsCampus Mobilität der Zukunft an der Weiterentwicklung sogenannter Reluktanzmotoren, die Elektroautos noch umweltfreundlicher und leistungsfähiger machen könnten.
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E-Mobilität ist momentan in aller Munde. Allerdings auch in der Kritik (Symbolbild: ChatGPT/DALL-E): So möchte man bei der Konstruktion der Elektromotoren gerne auf die sogenannten Seltenerdmetalle verzichten, denn ihr Abbau ist nicht immer unproblematisch. Außerdem möchte man die Abhängigkeit von China als einem der größten Lieferanten verringern. „Die sogenannten Reluktanzmotoren könnten das ermöglichen“, so David Armbruster, Forscher am IKT. Der Begriff „Reluktanz“ steht für den Widerstand eines Materials gegen den magnetischen Fluss in einem äußeren Magnetfeld, analog zum elektrischen Widerstand in einem Stromkreis. „Reluktanzmotoren nutzen dieses Prinzip aus. Sie bestehen aus magnetisch unterschiedlich gut leitenden Bereichen, die sich wegen ihrer unterschiedlichen Reluktanz nach äußeren Feldlinien ausrichten müssen“, so der junge Ingenieur. So kann man rotierende Magnetfelder in mechanische Bewegung verwandeln. Das Problem: Bislang bestehen die notwendigen Bereiche mit niedriger Reluktanz schlicht aus dünnen, luftgefüllten Spalten. Diese sind aber zugleich mechanische Schwachstellen, die bei hohen Drehzahlen versagen. Und die Rotoren drehen sich rund 20.000-mal pro Minute um die eigene Achse. Aber es gibt eine Lösung: „Um sie zu stärken, kann man die Luftspalte mit Kunststoffen füllen.“ Zum Teil wurden hierfür schon Duromere eingesetzt, also eine Art Gießharze. Diese sind allerdings schwer zu recyceln. Kann man stattdessen auch thermoplastische Kunststoffe nehmen? „Uns wurde schnell klar, dass wir die Oberfläche der verwendeten Elektrobleche verändern müssen, damit der schlechter fließende Thermoplast dennoch gut haftet“, so Armbruster. Der Trick: das sogenannte Nanoscale Sculpturing, ausgeführt durch die nascit GmbH, Kiel. Dieses Verfahren raut die Bauteiloberfläche auf; der Kunststoff, in diesem Fall ein Polyphenylensulfid (PPS), kann in die feinen Strukturen fließen und sich so auf dem Metall regelrecht festkrallen. Tatsächlich: Ohne Kunststoffverstärkung riss es die Rotoren bereits bei 15.000 Umdrehungen pro Minute auseinander. Mit Kunststoffverstärkung überstanden sie zum Teil sogar die maximale Drehzahl des Prüfstands von 25.000 Umdrehungen pro Minute – unbeschadet. „Allerdings nicht alle“, so David Armbruster. Probleme beim Spritzguss, die sich bei der Herstellung von Prototypen immer gerne mal einschleichen? Oder liegt es daran, dass die vorbehandelten Elektrobleche leicht rosten? Hier gibt es noch einiges an Arbeit zu tun. Aber Thermoplast-verstärkte Reluktanzmotoren für umweltfreundliche Elektromotoren: Die könnten sich zu einer guten Idee entwickeln! #Elektromotor #Nachhaltigkeit #Seltenerdmetalle #Emobilität